一變頻節能技術(shù)的發(fā)展與現狀

　　電機是風(fēng)機、泵、壓縮機、機床、傳輸帶等各種設備的驅動(dòng)裝置，廣泛應用于冶金、石化、化工、煤炭、建材、公用設施等多個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域，是用電量最大的耗電機械。據統計測算，2011年，我國電機保有量約17億千瓦，總耗電量約3萬(wàn)億千瓦時(shí)，占全社會(huì )總用電量的64%，其中工業(yè)領(lǐng)域電機總用電量為2.6萬(wàn)億千瓦時(shí)，約占工業(yè)用電的75%。我國電機能效水平逐步提高，但總體能效水平仍然較低。

　　由此電機及電機系統節能是節能減排的重要組成部分，而變頻調速是電機系統節能的重要途徑。電機能效提升計劃(2013-2015)將變頻調速技術(shù)作為電機系統節能改造技術(shù)指南中的關(guān)鍵技術(shù)之一，變頻調速技術(shù)用風(fēng)機、水泵的流量調節，節能可達10~50%。

　　隨著(zhù)變頻調速技術(shù)節能上優(yōu)勢以及政策的大力扶持，變頻調速技術(shù)已深入我們生活的每個(gè)角落，變頻空調、冰箱、洗衣機等家用電器，工業(yè)機器人、自動(dòng)化出版設備、加工工具、傳輸設備、電梯、壓縮機、軋鋼、風(fēng)機泵類(lèi)、電動(dòng)汽車(chē)、起重設備及其它領(lǐng)域中都得到廣泛應用。

　　但是變頻調速高速發(fā)展的同時(shí)，人們對變頻電量測量技術(shù)的認識還遠遠不夠。

二什么是變頻電量

　　變頻電量是指用于傳輸功率的、信號頻譜包含兩種或更多的被關(guān)注的頻率成分、或包含一種頻率成分，但頻率不局限于工頻的交流電信號。變頻電量包括電壓、電流以及電壓電流引出的有功功率、無(wú)功功率、視在功率、有功電能、無(wú)功電能等。

　　說(shuō)到變頻電量，人們最容易聯(lián)想到的就是變頻空調、變頻器、變頻恒壓供水等。這類(lèi)變頻裝置中的變頻，是指基波頻率可變。

　　正因為如此，許多人認為，變頻電量就是頻率范圍較寬。

　　實(shí)際上，變頻電量不僅僅發(fā)生在上述裝置中，并且，即便是上述裝置中的變頻電量，基波頻率變化僅僅是目的，就變頻電量本身特點(diǎn)而言，變化的不僅僅是頻率。

　　變頻電量不僅僅是頻率的變化，變頻電量測量與計量，是一個(gè)全新的課題，變頻電量對電參數測量?jì)x器提出了全新的要求(參見(jiàn)“電參數測試儀面臨的機遇與挑戰”)!

　　理論和實(shí)踐證明：

　　1、頻率為50Hz、有效值為100V的PWM波，采用不同儀表，測量結果可在100~1000V甚至更寬的范圍內變化!

　　2、頻率測量5%的誤差，對于正弦電量的影響一般在0.01%之內，而對變頻電量的影響可能達到100%。

　　3、決定功率因數的相位差，不再有明確的物理意義!

三WP4000變頻功率分析儀在變頻電量測量中應用

　　WP4000變頻功率分析儀是一款適用于變壓器、整流器、逆變器、變頻器等各類(lèi)變流器及電機、電器產(chǎn)品的檢試驗、能效評測及諧波分析的寬頻帶、高精度功率分析儀，是電力電子技術(shù)、變頻調速技術(shù)和新能源技術(shù)高速發(fā)展的必然產(chǎn)物和健康持續發(fā)展的重要基礎儀器，是變頻電量測量?jì)x器國家計量基準的原型。

01WP4000變頻功率分析儀的特點(diǎn)

　　1. 前端數字化使WP4000在復雜電磁環(huán)境下仍可提供可信賴(lài)的數據

　　電磁能的廣泛應用，使工業(yè)技術(shù)的發(fā)展日新月異。電磁能在為人類(lèi)創(chuàng )造巨大財富的同時(shí)，也帶來(lái)一定的危害。

　　電磁環(huán)境日益復雜，良好的電磁兼容性是儀器儀表精度得以體現的前提。WP4000變頻功率分析儀采用前端數字化技術(shù)，由數字量輸出的變頻電量變送器和數字量輸入的數字主機及傳輸數字信號的光纖構成，前端數字化與光纖傳輸完全避免了復雜電磁環(huán)境下傳輸環(huán)節本身的衰減和干擾，同時(shí)截斷了傳感器的最重要的干擾傳播途徑，增強了傳感器和系統的電磁兼容性能。

　　2. 首創(chuàng )的大儀器技術(shù)

　　WP4000變頻功率分析儀采用獨有的大儀器技術(shù)，將變頻電量變送器與數字主機通過(guò)光纖傳輸實(shí)現有機的完美整合變頻電量變送器可實(shí)現100μV~15kV電壓、100μA~7kA電流，及功率等參量的直接測量。

　　3. 唯一標稱(chēng)系統精度的功率分析儀

　　常規功率測試系統由功率分析儀、電壓傳感器、電流傳感器、輔助電源及傳輸線(xiàn)路等部件構成。各個(gè)部件的精度及各個(gè)部件的匹配度都會(huì )對系統精度造成影響。系統精度是目標精度

　　部件精度猶如木桶效應中一塊木板的長(cháng)度，最低精度的部件對系統精度起到?jīng)Q定性作用，最高精度的部件在系統中無(wú)用武之地。

　　WP4000變頻功率分析儀采用前端數字化技術(shù)，傳輸光纖和數字主機，不會(huì )引入誤差，變頻電量變送器的精度就是系統精度。唯一標稱(chēng)全局精度的變頻功率分析儀全局精度是指在儀器的適用范圍內，變頻功率分析儀均能滿(mǎn)足標稱(chēng)的精度指標。部分進(jìn)口高精度功率分析儀采用最佳精度點(diǎn)的精度作為標稱(chēng)精度，同時(shí)標稱(chēng)了很寬的適用范圍，標稱(chēng)精度與適用范圍脫節。下圖為采用A型變頻電量變送器的WP4000變頻功率分析儀與某進(jìn)口高精度功率分析儀的實(shí)際精度對比圖。

　　4. 唯一標稱(chēng)相對精度的變頻功率分析儀

　　幾乎所有儀表的精度指標都是反映引用誤差，精度指標只有在滿(mǎn)量程時(shí)有效，即精度與量程是不可分割的一個(gè)整體。

　　判斷測量結果是否準確，關(guān)心的是相對誤差。

　　例如：儀表量程為15kV，精度為0.1%，我們并不能由此判斷測量結果是否準確：

　　若被測量為15kV，測量精度為0.1%; 若被測量為1500V，測量精度為1%;

　　若被測量為150V，測量精度為10%; 若被測量為75V，測量精度為20%。

　　WP4000的變頻電量變送器內置8個(gè)可自動(dòng)無(wú)縫轉換的量程，15kV量程的功率單元測量75V～15kV的精度均為0.1%!

02WP4000變頻功率分析儀的主要功能

　　1. 數字功率計

　　WP4000變頻功率分析儀依據所選用的線(xiàn)路圖，可在主界面上直接顯示與線(xiàn)路圖對應的相關(guān)參數，并對每個(gè)參數以習慣名稱(chēng)命名。電壓、電流參數根據需要可選擇顯示真有效值rms、基波有效值h01、算術(shù)平均值avg、校準平均值mean等，功率根據需要可選擇顯示總有功功率Pavg，基波有功功率Ph01。默認狀態(tài)下，分析儀啟用自動(dòng)無(wú)縫量程轉換，并在被測參量右側顯示當前使用的檔位。

　　2. 電能質(zhì)量分析儀

　　計算設定時(shí)間內的頻率穩定度、幅值穩定度、總諧波失真THD、總諧波因數THF、電壓諧波因數HVF、電流諧波因數HCF等電能特征值。采用對稱(chēng)分量法計算正序分量、負序分量、零序分量。依據國標、IEEE、NEMA、CIGRE等標準計算三相不平衡度等參數?？煞奖愕呐袛嘧儔浩?、變頻器等各種變流器及電機試驗臺的試驗電源是否符合相關(guān)標準要求。

　　3. 實(shí)時(shí)示波器

　　WP4000變頻功率分析儀的示波器功能采用固定采樣率的實(shí)時(shí)采樣技術(shù)，避免了變采樣率示波器測量高帶寬、低基波頻率PWM波形時(shí)因采樣頻率過(guò)低造成混疊失真及等效采樣示波器不能準確測量非周期波形等問(wèn)題，可完整查看低至0.1Hz的PWM波形。WP4000變頻功率分析儀可在電機、變壓器、變頻器及各類(lèi)變流器的電參量測試中替代專(zhuān)業(yè)示波器，且無(wú)需考慮探頭量程問(wèn)題。

　　4. 諧波檢測儀

　　WP4000變頻功率分析儀采用高性能雙核嵌入式CPU模塊，內存大，運算速度快，可在250kHz的采樣頻率下，實(shí)現0.1Hz基波頻率SPWM波形的DFT變換。確保了采樣頻率與信號頻率的同步，保證諧波分析結果的正確性與準確性。儀器可直接顯示100次諧波，通過(guò)擴展的上位機軟件，可實(shí)現2000次(不大于100kHz)諧波實(shí)時(shí)運算。WP4000變頻功率分析儀可替代各種諧波分析儀，特別適用變頻器輸出的SPWM波形的諧波分析。

　　5. 無(wú)紙記錄儀

　　WP4000變頻功率分析儀設置了截屏與采集功能。截屏功能相當于照相機，每按下一次，記錄一次屏幕快照。采集功能則記錄所有通道的瞬時(shí)采樣數據和運算的各種穩態(tài)特征值。截屏和采集以文件方式記錄在外部連接的存儲器上或系統設置的存儲目錄下。存儲容量取決于連接的存儲設備(分析儀內置150GB硬盤(pán))，幾乎不受限制，徹底解決了常規無(wú)紙記錄儀存儲容量較小，不能滿(mǎn)足長(cháng)時(shí)間記錄的問(wèn)題。

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